CN105627582A - 一种基于物联网技术的终端感温电热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的终端感温电热水器，包括电热水器、强算法软件和终端感温器，所述的电热水器作为运行弱算法的瘦客户端，控制电热水器的强算法设置在强算法软件上，所述的强算法软件可下载到智能家居系统中的中控系统上，所述的终端感温器所采集的温度信息在软件运算上可代替电热水器内的水温传感器所采集的温度信息。通过将强算法外置，用户可以在中控系统或终端设备上，查看电热水器内各传感器的数据，从而根据自己需求更改算法策略，通过终端感温器，从而实时反馈用户用水终端的水温，有利于用户根据自己的实际情况和使用需求进行精确的控制，使其对于电热水器的使用更加灵活且个性化。

Description

一种基于物联网技术的终端感温电热水器

技术领域

本发明涉及家电领域，尤其涉及一种基于物联网技术的终端感温电热水器。

背景技术

电热水器是指以电作为能源进行加热的热水器，是与燃气热水器、太阳能热水器相并列的三大热水器之一。电热水器按其对水加热温度控制方式不同分为：机械、数显和数控三种型式。

数显或数控类的电热水器统称为电脑版电热水器，与机械版的电热水器的最大的区别在于温控电路的不同，通过IC电子元件组成的控制器，以及存储在控制器中的控制算法，配合各传感器的使用，从而实现各种人性化功能以及更加精确的控制。电脑版电热水器中主要控制部件为电热水器控制器，通过温度传感器感知水箱里面水的温度实时控制加热元件对水进行加热，从而保证水箱里面的水始终保持在设定的温度上；通过水压传感器来感受水压来控制热水器电源的开通或切断，做到有水通电、无水断电，防止了无水干烧现象的发生。

随着人们生活质量的提高，人们对于电热水器所要实现的功能要求越来越高，使得存储在控制器中的控制算法越来越复杂，而目前的控制算法设置在电热水器控制器上，厂家在生产时就根据实验数据来设置合理的算法策略，用户只能控制输入参数，但无法变更控制策略，以热水温度举例，电热水器温度由设置在电热水器内各处的温度传感器采集数据后在电热水器内软件算法进行计算得出，软件算法中包括一些修正值，为生产厂家在出厂时进行设定的，然而随着使用时间加长，人们会感觉自己设置的温度与电热水器出的热水温度有所出入，这是由于老化的传感器与最初的传感器所采集的数据存在偏差，其修正值是根据最初的传感器所采集的数据为基准，而用户无法变更修正值，即无法弥补老化传感器所造成的误差；如果存在一个操作界面，可以使用户修改修正值，从而弥补老化传感器所造成的误差，使其更符合当前的实际状况，有利于用户在使用电热水器时得到更好的体验感。

同时人们的用水终端与电热水器的出水口有一段的距离，在中间管道流通的过程中，热水的能量会被持续的消耗，用水终端的热水水温明显低于电热水器上显示的水温温度，而用户不能准确的知道用水终端的水温温度，如果在用户终端处，在有热水流通过的管道上增加终端感温器，从而能实时反馈用户用水终端的水温温度，使得智能家居系统能进行更加精确的控制。

而在目前的计算机上便有类似的应用，即在客户端-服务器网络体系中的一个基本无需应用程序的计算机终端，称为瘦客户端，它通过一些协议和服务器通信，进而接入局域网，简单来说，瘦客户端只配备基本的应用程序，其强算法被放置在服务器网络上，若将其应用在电热水器上，则电热水器包括硬件和弱算法，强算法包括在厂家提供的强算法软件上，通过将强算法软件下载到智能家居系统中的中控系统上，使用户通过中控系统可查看各传感器的数据，用户通过中控系统或使用终端来更改设定传感器的修正值，从而弥补老化传感器所造成的误差，在此基础上，中控系统也可接收终端感温器发来的水温信息，从而在软件运算上代替水箱内水温传感器的温度信息，从而反应用户用水终端的实际水温。

因此，有必要设计一种基于瘦客户端技术、物联网技术并外置有终端感温器的电热水器。

发明内容

本发明为解决上述问题提供一种基于物联网技术的终端感温电热水器，通过将强算法外置，用户可以在中控系统或终端设备上，查看电热水器内各传感器的数据，从而根据自己需求更改算法策略，通过终端感温器，从而实时反馈用户用水终端的水温，有利于用户根据自己的实际情况和使用需求进行精确的控制，使其对于电热水器的使用更加灵活且个性化。

为实现上述目的，达到上述效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于物联网技术的终端感温电热水器，包括电热水器、强算法软件和终端感温器，所述的电热水器作为运行弱算法的瘦客户端，控制电热水器的强算法设置在强算法软件上，所述的强算法软件可下载到智能家居系统中的中控系统上，所述的中控系统与电热水器通过无线通信方式或有线通信方式进行连接，所述的终端感温器与中控系统通过无线通信方式进行连接，所述的终端感温器所采集的温度信息在软件运算上可代替电热水器内的水温传感器所采集的温度信息。

进一步的，所述的终端感温器包括感温控制器，所述的感温控制器包括第二微处理器、第二无线通信模块、电池和外置传感器，所述的外置传感器为温度传感器。

进一步的，所述的强算法可根据用户的需求进行定制成算法包，供用户下载更新，用户在所述的强算法软件上可自行更改算法策略。

进一步的，所述的中控系统为带显示或不带显示的智能设备，所述的中控系统通过共享或无线通信方式，与用户的终端设备连接，用户可通过终端设备间接控制电热水器。

进一步的，所述的无线通信方式为WIFI或Bluetooth或ZigBee或NRF，所述的有线通信方式为cablemodem或ADSL或ISDN或光纤或电力线载波。

进一步的，所述的电热水器包括电热水器控制器、水压传感器和水温传感器，所述的电热水器控制器包括第一微处理器、传感器采集电路和第一无线通信模块，所述的水温传感器在电热水器内设置有一个或两个以上，所述的水温传感器为温度传感器。

进一步的，所述的中控系统与电热水器依靠编码地址来匹配，所述的中控系统在编码地址所对应的驱动程序中存储有电热水器特定的数据、属性、通信方法、操作方法以及强算法，所述的电热水器将各传感器所采集的数据实时发送到装载有强算法软件的中控系统上，由中控系统内的强算法进行运算并产生对应的操作指令，电热水器接收中控系统发送过来的操作指令，并按中控系统发送过来的指令数据进行运行控制。

进一步的，所述的第二微处理器内设置有两种发送模式，所述的发送模式包括时间间隔模式和温度变化模式，所述的温度变化模式为当前温度与起始温度之间的差值大于或等于设定值时，通过第二无线通信模块发送该时间段的温度采样数据。

进一步的，所述的温度传感器为NTC或PTC或热电偶模块，所述的热电偶模块包括热电偶和热电偶信号处理电路。

进一步的，所述的电池为锂电池或碱性电池或纽扣电池，所述的电池固定在电池卡座上。

本发明的有益效果是：

一种基于物联网技术的终端感温电热水器，有以下五个优点：

其一：用户可以通过在中控系统或终端设备上，查看电热水器内各传感器的数据，从而根据自己需求更改算法策略，有利于用户根据自己的地理位置、用水习惯等实际情况进行精确的控制，使其更加灵活且个性化；

其二：电热水器的硬件使用寿命较长，有很大一部分的电热水器故障是由内部软件算法失常所造成的，强算法外置为维修人员的维修提供了极大的便利，甚至于用户通过更新软件或下载新的算法包即可自行解决，降低了电热水器故障的发生率，提高电热水器的维修速度和维修良率，从而提高了电热水器的使用寿命；

其三：电热水器硬件设备和部分控制算法相对比较统一，用户甚至可下载其他电热水器厂家的算法包，并上传根据自己实际情况修改的算法包，与其他网友进行交流，带给用户更佳的体验，而且交流有利于整个电热水器行业的发展；

其四：对于电热水器厂家来说，电热水器硬件设备和弱算法的兼容性较好，根据不同人群的不同需求定制不同的算法包，便于统一生产和个性化定制；同时用户通过在远程服务器收集各个用户自行更改策略的参数，形成大数据，供厂家研究，并根据大数据来修改自身的算法包，以满足更多用户的需求，同时大数据也能给厂家带来一定的盈利，从而间接降低了电热水器的生产成本；

第五，终端感温器通过优化模块和设置不同的发送模式来降低能耗，使其能采用电池供电，同时降低自身体积；将其安装在用户的用水终端处，从而反应出用户用水终端的实际水温，提供给中控系统进行更精确的控制。

综上，将强算法外置并外置终端感温器的一种基于物联网技术的终端感温电热水器，对于用户、维修人员、电热水器厂家和整个电热水器行业来说，都具有极大的有益效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后，本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明涉及的一种基于物联网技术的终端感温电热水器的结构示意图；

图2为本发明涉及的电热水器的结构示意图；

图3为本发明涉及的电热水器控制器的结构示意图；

图4为本发明涉及的感温控制器的结构示意图；

图5为本发明涉及的一种基于物联网技术的终端感温电热水器的通信示意图；

图6为本发明涉及的关于用户之间进行信息交流的示意图；

其中，电热水器1、中控系统2、终端设备3、终端感温器4、电热水器控制器11、出水口12、水压传感器13、入水口14、水温传感器15、显示装置111、第一微处理器112、按键装置113、传感器采集电路114、第一无线通信模块115，感温控制器41、第二微处理器42、第二无线通信模块43、电池44、外置传感器45、电池卡座46。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明：

如图1-6所示，一种基于物联网技术的终端感温电热水器，包括电热水器1、强算法软件和终端感温器4，所述的电热水器1作为运行弱算法的瘦客户端，控制电热水器1的强算法设置在强算法软件上，所述的强算法软件可下载到智能家居系统中的中控系统2上，所述的中控系统2与电热水器1通过无线通信方式或有线通信方式进行连接，所述的终端感温器4与中控系统2通过无线通信方式进行连接，所述的终端感温器4所采集的温度信息在软件运算上可代替电热水器1内的水温传感器15所采集的温度信息。

进一步的，所述的终端感温器4包括感温控制器41，所述的感温控制器41包括第二微处理器42、第二无线通信模块43、电池44和外置传感器45，所述的外置传感器45为温度传感器。

进一步的，所述的强算法可根据用户的需求进行定制成算法包，供用户下载更新，用户在所述的强算法软件上可自行更改算法策略。

进一步的，所述的中控系统2为带显示或不带显示的智能设备，所述的中控系统2通过共享或无线通信方式，与用户的终端设备3连接，用户可通过终端设备3间接控制电热水器1。

进一步的，所述的无线通信方式为WIFI或Bluetooth或ZigBee或NRF，所述的有线通信方式为cablemodem或ADSL或ISDN或光纤或电力线载波。

进一步的，所述的电热水器1包括电热水器控制器11、水压传感器13和水温传感器15，所述的电热水器控制器11包括第一微处理器112、传感器采集电路114和第一无线通信模块115，所述的水温传感器15在电热水器1内设置有一个或两个以上，所述的水温传感器15为温度传感器。

进一步的，所述的中控系统2与电热水器1依靠编码地址来匹配，所述的中控系统2在编码地址所对应的驱动程序中存储有电热水器1特定的数据、属性、通信方法、操作方法以及强算法，所述的电热水器1将各传感器所采集的数据实时发送到装载有强算法软件的中控系统2上，由中控系统2内的强算法进行运算并产生对应的操作指令，电热水器1接收中控系统2发送过来的操作指令，并按中控系统2发送过来的指令数据进行运行控制。

进一步的，所述的第二微处理器42内设置有两种发送模式，所述的发送模式包括时间间隔模式和温度变化模式，所述的温度变化模式为当前温度与起始温度之间的差值大于或等于设定值时，通过第二无线通信模块43发送该时间段的温度采样数据。

进一步的，所述的温度传感器为NTC或PTC或热电偶模块，所述的热电偶模块包括热电偶和热电偶信号处理电路。

进一步的，所述的电池44为锂电池或碱性电池或纽扣电池，所述的电池44固定在电池卡座46上。

具体实施例

如图1-图6所示，一种基于物联网技术的终端感温电热水器，包括电热水器1、强算法软件和终端感温器4，比较基础的弱算法由厂家内置于电热水器1内的电热水器控制器11上，强算法软件包括控制电热水器1的强算法，强算法软件下载到中控系统2上，电热水器1与中控系统2之间、中控系统2与终端设备3之间、终端感温器4与中控系统2之间均通过物联网进行通信，厂家在其远程服务器上接收并存储数据，该实施例的中控系统2为带有显示功能的智能设备，采用WIFI进行无线通信，终端感温器4采用电池44进行供电，电池44固定在电池卡座46上。

由于用户用水终端的出水口离电热水器1越远，其用户用水终端与电热水器1的水温相差便越大，此时，用户希望用水终端的水温能达到自己设定的温度值，通过将终端感温器4安装在用水终端上，使外置传感器45与水管道的热水接触，由电池44提供电能，外置传感器45通过接触水管道的热水采集用水终端的水温信息，经由第二微处理器42内的软件算法得出数字信号，通过第二无线通信模块43将数据发送出去，由中控系统2内的强算法软件接收其温度信息，并根据用户的设定，在算法运行中代替电热水器1内水温传感器15发送过来的温度信息，从而保证用户用水终端的水温与用户设定的温度保持一致。

电热水器1和中控系统2之间需要大量的通信，其通信过程包括如下步骤：

S1、电热水器1按约定的格式向中控系统2发送电热水器1数据，包括但不限于水温传感器15、水压传感器13所采集的信息以及电热水器1当前的工作模式；同时电热水器1开始通信计时，如果通信计时超过设定时间，电热水器1还没有接收到中控系统2回复，则重新向中控系统2发送电热水器1数据；如果连续三次没有接收到中控系统2回复，则认为通信中断，电热水器1按默认的方法运行；

S2、中控系统2接收电热水器1数据，进行校验，包括对Mac地址的匹配，如果校验正确，执行步骤S4，如果校验错误，则执行步骤S3；

S3、中控系统2回复电热水器1接收错误，要求电热水器1重新发送，并返回步骤S1执行；

S4、中控系统2回复电热水器1接收正确；

S5、中控系统2内的强算法进行运算并产生对应的操作指令；

S6、中控系统2发送对应的操作指令数据给电热水器1；

S7、电热水器1接收中控系统2的指令数据，进行校验，如果校验正确，执行步骤S9，如果校验错误，则执行步骤S8；

S8、电热水器1回复中控系统2接收错误，要求中控系统2重新发送，并返回步骤S6执行；

S9、电热水器1回复中控系统2接收正确，并按中控系统2发送过来的指令数据进行运行控制，返回步骤1执行。

同时，用户通过操作中控系统2上的强算法软件，从而完成对电热水器1的间接控制，其通信方法包括如下步骤：

S10、用户打开中控系统2上的强算法软件，找到控制电热水器1的操作界面，输入设定参数；

S11、中控系统2内的强算法进行运算并产生对应的操作指令；；

S12、中控系统2发送对应的操作指令数据给电热水器1；

S13、电热水器1接收中控系统2的指令数据，进行校验，如果校验正确，执行步骤S15，如果校验错误，则执行步骤S14；

S14、电热水器1回复中控系统2接收错误，要求中控系统2重新发送；

S15、电热水器1回复中控系统2接收正确，并按中控系统2发送过来的指令数据进行运行控制，从而完成用户对电热水器1的控制。

同时，终端感温器4采用电池供电，在保证功能的情况下降低能耗，在此基础上，第二微处理器42内设置有两种发送模式，分别为时间间隔模式和温度变化模式，时间间隔模式即在内部设置有设定时间间隔值，通过比对当前时间计数值和设定时间间隔值的大小来判断是否发送，即在设置时间间隔模式的情况下，终端感温器4每隔一段时间就发送一次温度数据；温度变化模式是在内部设定一个温度差，使得当前温度与起始温度之间的差值大于或等于设定的温度差时，触发发送，即在设置温度变化模式的情况下，终端感温器4在每次温度变化至一定值时才发送一次该时间段的温度数据，在用户未在用水终端处使用热水时，其水管道内的水流保持不动，水温固定，此时若按时间间隔发送数据，则没有实际价值且浪费能源，在此情况下采用温度变化发送模式，可保证出现温度变化时能实时做出反应，也能进一步降低不必要的能耗。

在强算法软件的操作界面上包括但不限于：水温传感器15和终端感温器4之间的温度信息切换、终端感温器4的两种发送模式的选择、电热水器1内各传感器的采集信息以及内部策略算法的初始值，用户通过修改数值，在保存后形成新的算法策略，完成与电热水器1的通信后，电热水器1按照新的算法策略进行工作。

如图2-图3所示，电热水器1包括电热水器控制器11、出水口12、水压传感器13、入水口14和水温传感器15，电热水器控制器11包括显示装置111、第一微处理器112、按键装置113、传感器采集电路114和第一无线通信模块115。

电脑版的电热水器1利用水温传感器15来采集电热水器1内的温度信息，通过电热水器控制器11对温度信息的处理和对热水器的运行过程实施控制，比如电热水器1内关于温度的算法会有一个波动范围，加热元件在持续工作的过程中，水温传感器15监测电热水器1内的实时温度，当该实时温度达到温度范围内的上限值停止时，由第一微处理器112内的程序控制，使其加热元件停止工作，待自然回升到温度范围内的下限值继续加热，以此来降低能耗；同时电热水器1内有多个水温传感器15一起采集温度信息，第一微处理器112内的程序中关于收集到的各温度也会提供一个修正值，使得修正后的温度更符合实际温度，从而进行更加精确的控制；第一微处理器112内会存储一个限温值，限温值一般设置在80°左右，当超过80°后，第一微处理器112会发出控制指令，从而会切断电源，从而使电热水器1恢复正常，确保用户安全；水压传感器13所采集的水压信息，经过第一微处理器112内的软件算法，判断是否在工作压力范围之内，从而控制电热水器1电源的开通或切断。

在以上中关于温度算法的上限值、下限值和修正值，限温值，水压传感器13内的工作压力范围都属于算法策略，将其包括此类算法策略的强算法外置在中控系统2，并全部显示在强算法软件的界面上，用户可自行修改算法策略。比如用户为了省电，可扩大上限值和下限值之间的范围；用户觉得实际温度比设定温度要低，可减小修正值；用户觉得80°太危险，可减少限温值；用户为了安全起见，可适当缩小工作压力范围等。

为避免用户在修改算法策略中造成电热水器1故障，在修改算法策略的界面中可适当限定修改范围。

如图5所示，用户使用的终端设备3可以通过共享或其他无线连接方式与中控系统2实现通信，或者用户在终端设备3和中控系统2均联网的情况下，通过远程服务器实现终端设备3和中控系统2的间接通信，在整个通信过程中，用户通过终端设备3能间接控制电热水器1，终端设备3与电热水器1不直接通信，这是由于中控系统2上包含了完整的强算法，而终端设备3装有的APP程序只包含部分算法，在终端设备3的APP操作界面上设置参数后，需要发送到中控系统2进行进一步的算法运算，产生的操作指令再发送给电热水器1，同时，终端感温器4与中控系统2进行实时通信，用户通过终端设备3可以直接查看到当前用水终端的水温信息。

如图6所示，由于用户对于电热水器1控制算法的了解程度参差不齐，假设有了解电热水器1控制算法的用户A和不了解电热水器1控制算法的用户B，用户A可根据自己实际情况在强算法软件上修改算法策略，用户A将自己修改后的算法策略导出，生成算法包，上传到网络上的交流平台，此时，与用户A的实际情况相似的用户B通过网络下载用户A分享的算法包，装载到强算法软件上，使其该电热水器1的算法策略更符合自己的实际情况，在这个过程中用户A和用户B完成了信息交流，使用户B在不了解电热水器1控制算法的情况下也能更改算法策略；另一方面，电热水器1厂家通过远程服务器接收到修改后的算法策略，从而不断收集形成大数据，电热水器1厂家也可以根据用户提供的实际情况和算法策略进行分析从而改进自己的算法策略，从而提供符合不同地区、不同环境、不同需求的个性算法包给用户。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于物联网技术的终端感温电热水器，包括电热水器（1）、强算法软件和终端感温器（4），其特征在于：所述的电热水器（1）作为运行弱算法的瘦客户端，控制电热水器（1）的强算法设置在强算法软件上，所述的强算法软件可下载到智能家居系统中的中控系统（2）上，所述的中控系统（2）与电热水器（1）通过无线通信方式或有线通信方式进行连接，所述的终端感温器（4）与中控系统（2）通过无线通信方式进行连接，所述的终端感温器（4）所采集的温度信息在软件运算上可代替电热水器（1）内的水温传感器（15）所采集的温度信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的终端感温电热水器，其特征在于：所述的终端感温器（4）包括感温控制器（41），所述的感温控制器（41）包括第二微处理器（42）、第二无线通信模块（43）、电池（44）和外置传感器（45），所述的外置传感器（45）为温度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的终端感温电热水器，其特征在于：所述的强算法可根据用户的需求进行定制成算法包，供用户下载更新，用户在所述的强算法软件上可自行更改算法策略。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的终端感温电热水器，其特征在于：所述的中控系统（2）为带显示或不带显示的智能设备，所述的中控系统（2）通过共享或无线通信方式，与用户的终端设备（3）连接，用户可通过终端设备（3）间接控制电热水器（1）。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的终端感温电热水器，其特征在于：所述的无线通信方式为WIFI或Bluetooth或ZigBee或NRF，所述的有线通信方式为cablemodem或ADSL或ISDN或光纤或电力线载波。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的终端感温电热水器，其特征在于：所述的电热水器（1）包括电热水器控制器（11）、水压传感器（13）和水温传感器（15），所述的电热水器控制器（11）包括第一微处理器（112）、传感器采集电路（114）和第一无线通信模块（115），所述的水温传感器（15）在电热水器（1）内设置有一个或两个以上，所述的水温传感器（15）为温度传感器。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的终端感温电热水器，其特征在于：所述的中控系统（2）与电热水器（1）依靠编码地址来匹配，所述的中控系统（2）在编码地址所对应的驱动程序中存储有电热水器（1）特定的数据、属性、通信方法、操作方法以及强算法，所述的电热水器（1）将各传感器所采集的数据实时发送到装载有强算法软件的中控系统（2）上，由中控系统（2）内的强算法进行运算并产生对应的操作指令，电热水器（1）接收中控系统（2）发送过来的操作指令，并按中控系统（2）发送过来的指令数据进行运行控制。

8.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的终端感温电热水器，其特征在于：所述的第二微处理器（42）内设置有两种发送模式，所述的发送模式包括时间间隔模式和温度变化模式，所述的温度变化模式为当前温度与起始温度之间的差值大于或等于设定值时，通过第二无线通信模块（43）发送该时间段的温度采样数据。

9.根据权利要求2或6所述的一种基于物联网技术的终端感温电热水器，其特征在于：所述的温度传感器为NTC或PTC或热电偶模块，所述的热电偶模块包括热电偶和热电偶信号处理电路。

10.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的终端感温电热水器，其特征在于：所述的电池（44）为锂电池或碱性电池或纽扣电池，所述的电池（44）固定在电池卡座（46）上。